新人教化学三轮：专练五 无机化学工艺流程题 含答案

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精专练五无机化学工艺流程题1．ZrO2常用作陶瓷材料，可由锆英砂（主要成分为ZrSiO4，也可表示为ZrO2·SiO2,还含少量Fe2O3、Al2O3、SiO2等杂质)通过如下方法制取：已知:①ZrO2能与烧碱反应生成可溶于水的Na2ZrO3,Na2ZrO3与酸反应生成ZrO2＋。②部分金属离子在实验条件下开始沉淀和完全沉淀的pH如下表：金属离子Fe3＋Al3＋ZrO2＋开始沉淀时pH1.93.36。2沉淀完全时pH3.25.28.0（1)熔融时ZrSiO4发生反应的化学方程式为_____________________________________，滤渣Ⅰ的化学式为________。（2）为使过滤Ⅰ后所得滤液的杂质离子沉淀完全,需用氨水调pH＝a，则a的范围是________；继续加氨水至pH＝b时，所发生反应的离子方程式为_________________。（3)向过滤Ⅲ所得滤液中加入CaCO3粉末并加热，得到两种气体。该反应的离子方程式为___________________________________________。(4)为得到纯净的ZrO2，Zr(OH）4需要洗涤，检验Zr（OH）4是否洗涤干净的方法是__________________________________________。【答案】(1）ZrSiO4＋4NaOHeq\o(=,\s\up7（高温))Na2SiO3＋Na2ZrO3＋2H2OH2SiO3(或H4SiO4)(2)5.2～6。2ZrO2＋＋2NH3·H2O＋H2O，ＦZr（OH）4↓＋2NH4＋(3）2NH4＋＋CaCO3eq\o（=,\s\up7（△)）Ca2＋＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O(4）取最后一次洗涤液,向其中滴加稀硝酸，再滴加硝酸银溶液，若无沉淀生成，则Zr（OH）4洗涤干净【解析】(1)锆英砂在NaOH、熔融条件下,生成Na2ZrO3、Na2SiO3、NaAlO2，Fe2O3不溶，再加入盐酸酸浸时，Fe2O3溶解生成Fe3＋，Na2ZrO3转化成ZrO2＋，Na2SiO3转化成H2SiO3沉淀，NaAlO2转化成Al3＋，ZrSiO4与NaOH反应为非氧化还原反应，根据元素守恒可配平反应方程式。（2)加入氨水，使Fe3＋、Al3＋沉淀除去,但不可使ZrO2＋沉淀，所以pH的范围为5.2～6。2。继续加入氨水，使ZrO2＋转化为Zr（OH）4沉淀，根据电荷守恒知，有2molNH4＋生成，根据N守恒知，有2molNH3·H2O参加反应，根据H、O守恒知，反应物需要补充1molH2O。（3)NH4＋水解显酸性,加入CaCO3可生成CO2,同时促进了NH4＋水解,生成NH3。(4）过滤Ⅲ处的滤液为NH4Cl,Zr(OH)4沉淀是否洗涤干净，只要检验滤液中是否含有Cl－即可。2．硼氢化钠（NaBH4）在化工等领域具有重要的应用价值，某研究小组采用偏硼酸钠(NaBO2)为主要原料制备NaBH4,其流程如下：已知：NaBH4常温下能与水反应,可溶于异丙胺（沸点：33℃）。（1）在第①步反应加料之前，需要将反应器加热至100℃以上并通入氩气，该操作的目的是________________，原料中的金属钠通常保存在________中，实验室取用少量金属钠需要用到的实验用品有________、________、玻璃片和小刀等.(2)请配平第①步反应的化学方程式:eq\x（）NaBO2＋eq\x()SiO2＋eq\x(）Na＋eq\x（）H2=eq\x(）NaBH4＋eq\x()Na2SiO3(3)第②步分离采用的方法是________;第③步分出NaBH4并回收溶剂，采用的方法是________。(4）NaBH4(s）与H2O(l)反应生成NaBO2(s）和H2(g)，在25℃、101kPa下，已知每消耗3。8gNaBH4（s)放热21.6kJ，该反应的热化学方程式是______________________。【答案】（1)除去反应器中的水蒸气和空气煤油镊子滤纸（2）124212（3)过滤蒸馏(4）NaBH4(s)＋2H2O(l）,ＦNaBO2(s)＋4H2(g）ΔH＝－216。0kJ·mol－1【解析】（1）将反应器加热至100℃并通入氩气排净反应器中的水蒸气和空气，防止Na、NaBH4与水和空气中的O2反应；金属钠通常保存在煤油中；取用钠时，应用镊子将钠从煤油中取出，并用滤纸吸干表面的煤油。（2）在该反应中，Na由0价升高到＋1价，而H2中的H由0价降低到－1价,其余元素的化合价都未改变，可设NaBH4的化学计量数为1，根据H原子守恒可知H2的化学计量数为2,根据得失电子守恒可知，Na的化学计量数为4，根据B原子守恒可知NaBO2的化学计量数为1，根据Na原子守恒可知Na2SiO3的化学计量数为2，根据Si原子守恒可知SiO2的化学计量数为2.(3)经过第②步后得到溶液和固体，故该操作为过滤；由于异丙胺的沸点较低，故第③步可以采用蒸馏的方法分离出NaBH4并回收溶剂.（4）NaBH4与水反应的化学方程式为NaBH4＋2H2O,ＦNaBO2＋4H2↑，3.8gNaBH4的物质的量为0.1mol,故1molNaBH4与水反应时放出216。0kJ热量，由此可写出热化学方程式。3．MnO2是重要的化学物质，某学习小组设计了将粗MnO2(含有较多的MnO、MnCO3和Fe2O3)样品转化为纯MnO2的实验，其流程如下:按要求回答下列问题:（1)第②步操作中，氧化性强弱顺序：ClO3－________MnO2（填“＞”或“＜"）,当NaClO3转移2mol电子时，生成的氧化产物的物质的量为________mol。NaClO3在常温下能够与盐酸反应生成氯气,该反应的离子方程式为__________________________________________。（2)第④步操作中，最终得到的固体除NaClO3外，还一定含有下列物质中的________。a．NaClb．NaClOc．NaClO4d．NaOH（3）MnO2是碱性锌锰电池的正极材料，则碱性锌锰电池放电时,正极的电极反应式是________________________________________________________________________。（4)为得到纯净的MnO2，须将过滤后的MnO2合并后进行洗涤，判断是否洗涤干净可选用的试剂是________(填写一种即可）。工业上可以以石墨为电极电解酸化的硫酸锰制取二氧化锰，该反应的阳极反应式为_________________________________________________.【答案】（1)＞1ClO3－＋5Cl－＋6H＋，Ｆ3Cl2↑＋3H2O（2)ad（3)MnO2＋H2O＋e－,ＦMnOOH＋OH－（4)氯化钡溶液Mn2＋－2e－＋2H2O,ＦMnO2＋4H＋【解析】粗MnO2(含有较多的MnO、MnCO3和Fe2O3)样品中加入过量的稀硫酸，由于MnO2不溶于硫酸，样品中的MnO和MnCO3分别和硫酸反应生成可溶性的MnSO4，过滤得滤液为硫酸锰溶液，加入NaClO3发生的反应为5Mn2＋＋2ClO3－＋4H2O,Ｆ5MnO2↓＋Cl2↑＋8H＋，再过滤得到滤液和二氧化锰固体，而氯气与热的氢氧化钠溶液反应生成氯酸钠的方程式为3Cl2＋6NaOH,ＦNaClO3＋5NaCl＋3H2O.(1)已知5Mn2＋＋2ClO3－＋4H2O,Ｆ5MnO2↓＋Cl2↑＋8H＋，ClO3－作氧化剂，MnO2作氧化产物，则氧化性：ClO3－＞MnO2;当NaClO3转移2mol电子时,消耗NaClO3为0。4mol,则生成MnO2为1mol；NaClO3在常温下与盐酸反应生成氯气，其反应的离子方程式为ClO3－＋5Cl－＋6H＋，Ｆ3Cl2↑＋3H2O。（2)第④步操作中NaOH过量，发生的反应为3Cl2＋6NaOH，ＦNaClO3＋5NaCl＋3H2O，则最终得到的固体除NaClO3外，还有NaOH和NaCl。(3)原电池中负极失去电子，正极得到电子，因此碱性锌锰电池放电时，正极是二氧化锰得到电子,则电极反应式为MnO2＋H2O＋e－,ＦMnOOH＋OH－。（4)若沉淀没有洗涤干净,则会吸附硫酸根离子,检验硫酸根离子选用氯化钡溶液;电解时，Mn2＋在阳极失电子生成MnO2，其电极反应式为Mn2＋－2e－＋2H2O，ＦMnO2＋4H＋.4．毒重石的主要成分为BaCO3（含Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等杂质），实验室利用毒重石制备BaCl2·2H2O的流程如下：（1）毒重石用盐酸浸取前需充分研磨,目的是________________。实验室用37%的盐酸配制15%的盐酸，除量筒外还需使用下列仪器中的________。a．烧杯b．容量瓶c．玻璃棒d．滴定管（2）加入NH3·H2O调pH＝8可除去________（填离子符号)，滤渣Ⅱ中含________________(填化学式)。加入H2C2O4时应避免过量，原因是__________________.Ca2＋Mg2＋Fe3＋开始沉淀时的pH11。99。11。9完全沉淀时的pH13。911.13。2已知：Ksp(BaC2O4）＝1.6×10－7，Ksp（CaC2O4）＝2.3×10－9（3）利用间接酸碱滴定法可测定Ba2＋的含量，实验分两步进行.已知:2CrO42－＋2H＋，ＦCr2O72－＋H2OBa2＋＋CrO42－,ＦBaCrO4↓步骤Ⅰ：移取xmL一定浓度的Na2CrO4溶液于锥形瓶中，加入酸碱指示剂，用bmol·L－1盐酸标准液滴定至终点,测得滴加盐酸的体积为V0mL.步骤Ⅱ：移取ymLBaCl2溶液于锥形瓶中，加入xmL与步骤Ⅰ相同浓度的Na2CrO4溶液，待Ba2＋完全沉淀后，再加入酸碱指示剂，用bmol·L－1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V1mL.滴加盐酸标准液时应使用酸式滴定管，“0”刻度位于滴定管的________（填“上方"或“下方”）.BaCl2溶液的浓度为________mol·L－1.若步骤Ⅱ中滴加盐酸时有少量待测液溅出，Ba2＋浓度测量值将________(填“偏大”或“偏小”)。【答案】（1）增大接触面积从而使反应速率加快a、c（2)Fe3＋Mg(OH）2、Ca(OH)2H2C2O4过量会导致生成BaC2O4沉淀，产品产量减少（3)上方eq\f(b（V0－V1),y）偏大【解析】(1）毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是增大与盐酸的接触面积，加快反应速率。实验室配制一定质量分数的溶液时，需用到的仪器是量筒、烧杯和玻璃棒。（2)由流程图和表中数据可知，pH＝8时，可除去Fe3＋；调节pH＝12.5时，Mg2＋完全沉淀，Ca2＋部分沉淀，故滤渣Ⅱ中含有Mg(OH）2和Ca(OH)2；加入H2C2O4的目的是除去溶液中剩余的Ca2＋,Ca2＋（aq)＋C2O42－（aq）,ＦCaC2O4(s），当H2C2O4过量时，也可能使c(Ba2＋)·c(C2O42－）＞Ksp(BaC2O4)，而生成BaC2O4沉淀，导致产品BaCl2·2H2O的量减少。(3)由方程式2CrO42－＋2H＋，ＦCr2O72－＋H2O知，步骤Ⅰ中加入的CrO42－的总物质的量为bmol·L－1×eq\f（V0,1000)L＝eq\f(bV0,1000)mol.步骤Ⅱ中，加入BaCl2充分反应后，剩余的CrO42－的物质的量为bmol·L－1×eq\f(V1,1000)L＝eq\f(bV1,1000）mol，与Ba2＋反应的CrO42－的物质的量为eq\f（bV0，1000)mol－eq\f(bV1，1000)mol＝eq\f(b（V0－V1）,1000）mol，由方程式Ba2＋＋CrO42－，ＦBaCrO4↓得，n（Ba2＋)＝n（CrO42－),所以BaCl2的浓度:c（BaCl2)＝eq\f(\f（b(V0－V1），1000）mol，\f(y，1000）L)＝eq\f（b（V0－V1）,y）mol·L－1。若步骤Ⅱ中滴加盐酸时，有少量待测液溅出,造成V1的用量减小，eq\f（b(V0－V1）,y)的测量值将偏大。5．氧化锌为白色粉末,可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌[含有Fe(Ⅱ)、Mn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ)等杂质］的流程如下：工业ZnOeq\o(→,\s\up7（稀硫酸),\s\do5(①))浸出液eq\o(→,\s\up7（调pH约为5），\s\do5（适量高锰酸钾溶液,②))eq\o(→,\s\up7(过滤))滤液eq\o(→,\s\up7(Zn）,\s\do5（③）)eq\o（→,\s\up7(过滤）)滤液eq\o(→，\s\up7（Na2CO3)，\s\do5(④）)eq\o（→,\s\up7(过滤))滤饼eq\o(→，\s\up7（煅烧），\s\do5(⑤))ZnO提示：在本实验条件下，Ni(Ⅱ）不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO2.回答下列问题:(1）反应②中除掉的杂质离子是________，发生反应的离子方程式为_________________；在加高锰酸钾溶液前，若pH较低,对除杂的影响是__________________.（2)反应③的反应类型为________，过滤得到的滤渣中,除了过量的锌外还有________。（3)反应④形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是________________________________________________________________________。(4）反应④中产物的成分可能是ZnCO3·xZn(OH）2。取干燥后的滤饼11。2g，煅烧后可得到产品8。1g，则x等于________。【答案】(1）Fe2＋和Mn2＋MnO4－＋3Fe2＋＋7H2O,Ｆ3Fe（OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋、2MnO4－＋3Mn2＋＋2H2O,Ｆ5MnO2↓＋4H＋Fe3＋和Mn2＋不能生成沉淀，从而无法除去Fe3＋、Mn2＋（2）置换反应镍（3）取少量水洗液于试管中,滴入1~2滴稀硝酸,再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净(4）1【解析】(1)经反应①所得浸出液中含有Zn2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ni2＋。经反应②，Fe2＋被氧化为Fe3＋，进而形成Fe(OH）3沉淀,Mn2＋被氧化为MnO2，发生反应的离子方程式分别为MnO4－＋3Fe2＋＋7H2O，Ｆ3Fe（OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋、2MnO4－＋3Mn2＋＋2H2O，Ｆ5MnO2↓＋4H＋。在加KMnO4溶液前，若溶液的pH较低，Fe3＋和Mn2＋不能生成沉淀，从而无法除去Fe3＋、Mn2＋.（2）反应③为Zn＋Ni2＋,ＦZn2＋＋Ni,过滤得到的滤渣中,除了过量的锌外还有被置换出来的镍。(3）若该沉淀没有洗涤干净，则沉淀上一定附着有SO42－。具体的检验方法是取少量最后滤出的水洗液于试管中,滴入1~2滴稀硝酸,再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成,则说明沉淀已经洗涤干净。（4)ZnCO3·xZn（OH)2eq\o(=,\s\up7（煅烧）)(1＋x）ZnO＋CO2↑＋xH2OΔm81(1＋x)4418x44＋18x8。1geq\a\vs4\al(11。2g－，8.1g＝3。1g）则eq\f（81（1＋x），8。1g）＝eq\f（44＋18x，3。1g)，解得x＝1。6．草酸钴用途广泛，可用于指示剂和催化剂制备.一种利用水钴矿（主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等）制取CoC2O4·2H2O的工艺流程如下：已知：①浸出液含有的阳离子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ca2＋、Mg2＋、Al3＋等;②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：沉淀物Fe(OH)3Fe(OH）2Co(OH)2Al(OH)3Mn（OH)2完全沉淀的pH3。79.69。25。29。8（1）浸出过程中加入Na2SO3的目的是将________还原(填离子符号)。(2）NaClO3的作用是将浸出液中的Fe2＋氧化成Fe3＋,产物中氯元素处于最低化合价.该反应的离子方程式为__________________。（3)请用平衡移动原理分析加Na2CO3能使浸出液中Fe3＋、Al3＋转化成氢氧化物沉淀的原因：_________________________________________.(4）萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图所示。滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是____________;使用萃取剂适宜的pH是________.A．接近2。0B．接近3.0C．接近4.0（5